Apunte De Extrusora

TECNOLOGÍA III A - DISEÑO INDUSTRIAL

Apunte de Extrusión: La extrusora de husillo simple.
El proceso de extrusión de plásticos es uno muy utilizado que brinda un método confiable con ciclos de proceso muy bajos (una tasa de producción muy alta) pero que provee de objetos finales con simetría longitudinal (perfiles, caños, tubos, recubrimientos cilíndricos, etc).

Una clasificación sencillaque se puede hacer al proceso que sufre el plástico dentro de la máquina consta de tres etapas llamadas: Alimentación, Transición y Dosificado:

En la zona de Alimentación el material (gránulos, pellets…) ingresa por la tolva a presión ambiente. Se calienta y comprime en la zona de Transición y llega fundido y mezclado al extremo de Dosificación donde atraviesa la boquilla que le dará la formaal perfil de salida o recubrirá el elemento deseado. Lo que hace que el material avance es el roce que le imprimen los filetes del tornillo contra el cilindro. Entre filete y filete podemos determinar un canal por donde circula, se calienta y se mezcla el plástico.

Cálculos de la extrusora:
Para poder hacer cálculos de caudal necesitamos conocer la mecánica de fluídos lo cual para este casoestá básicamente determinado por la ecuación de Navier-Stokes:

En la cual si w (ancho del canal) es mucho mayor que h (altura del canal) entonces se puede despreciar la derivada segunda con respecto a x. Y lo que queda lo integramos una y dos veces, calculamos las constantes con lo que sabemos del caso y se llega a la expresión de la velocidad que se ve recuadrada:

Vemos que la velocidad estácompuesta por una expresión que crece proporcionalmente con la ordenada “y” más otra que forma una parábola negativa. Ambos resultados parciales se muestran en el gráfico de la derecha y el resultado final de la velocidad está debajo. Pero la velocidad es sólo el paso previo que nos interesa para saber el caudal, que es el valor de producción que necesitamos tener en cuenta. Caudal es área porvelocidad:

Luego de aplicar a esas ecuaciones una serie de consideraciones geométricas (todas relacionadas con el tornillo) queda: De donde se sacan las siguientes conclusiones: a. L (el largo del tornillo) está dividiendo en la parte de la expresión que resta. Por lo tanto cuando más largo sea el tornillo mejor será el caudal obtenido. Esto sólo está limitado por cuestiones técnicas ya que eltornillo no debe rozar las paredes internas del cilindro y si es muy largo pandea. Se hará de un acero de alta dureza para un mejor logro de este objetivo. b. La viscosidad también está dividiendo al igual que L, pero un plástico más viscoso hace que los motores que mueven el tornillo requieran mayor cupla y por lo tanto el proceso genera mayores gastos de energía eléctrica. Tal es así queusualmente se agregan lubricantes o plastificantes para disminuir la viscosidad. c. El valor de revoluciones por minuto de la máquina (N) aparece en el numerador de la primera expresión, entonces conviene que sea grande. Pero esto tiene un límite ya que a mayores velocidades el material se comprime con más fuerza contra el cilindro y se produce un efecto cizalla que curiosamente reduce la viscosidad delplástico y las rectas operativas en realidad se empiezan a convertir en curvas que caen abruptamente hacia el eje positivo de la presión dando caudales en realidad más chicos que los esperados. d. La altura del canal multiplica en la primera expresión pero está al cubo en la segunda, por lo tanto siempre se tratará de disminuir su valor. Usualmente es grande en la zona de alimentación donde tenemosel material en gránulos (mayor volumen) y se va reduciendo a medida que se funde y se llega a la zona de dosificación. Con estas consideraciones se determinan cuestiones de la máquina que afectan directamente a su producción y podemos armar una tabla de valores típicos:
Valores típicos L / D (relación Largo / diám.) D (diámetro int. del cilindro) La (longitud de la zona de alimentación) Lt...